PRO Антиматерию

Однако мы знаем, что асимметрия имеет место. Она небольшая, но измеримая, и именно это могут показать электрически нейтральные К-мезоны. Они это делают при распаде, давая пион, который заряжен или положительно, или отрицательно, в компании с электроном или позитроном соответственно. Если бы материя и антиматерия были полными двойниками, то эти два распада тоже идеально совпадали бы. Но в реальности они немного отличаются друг от друга.

Нейтральный К и анти-К спаяны вместе в природе таким образом, что иногда они быстро погибают, но в других случаях живут дольше. Две возможности весьма сильно отличаются и известны как короткоживущие и долгоживущие каоны. Каждый из них демонстрирует асимметрию между материей и антиматерией, но в случае долгоживущего эффект сильнее, распад, который ведет к позитрону, слегка более вероятен, чем дающий электрон. Из двух тысяч примеров в среднем 1003 дадут позитрон, а 997 – электрон. Теперь у нас по крайней мере есть что-то для обсуждения с инопланетянами.

Вначале идентифицируйте К. Называть его так, как называем мы, бессмысленно, поскольку у инопланетян определенно будет свое название, но мы можем его идентифицировать по тому, в чем мы все соглашаемся, – его массе. Он весит немного больше, чем половина массы протона или антипротона, и его нельзя спутать ни с какими другими частицами. Так что скажите инопланетянам, что нас интересует частица, масса которой немного больше, чем половина массивной частицы, которая существует в ядре в центре самого простого атома, имеющегося у инопланетян, протона в атоме водорода (или антипротона в атоме антиводорода). Это идентифицирует К.

В дополнение к К⁰ без электрического заряда также есть К-плюс и К-минус с положительным или отрицательным зарядом. Так что мы должны убедиться, что мы с инопланетянами говорим об электрически нейтральной версии. Мы должны сказать, что свойство, которое удерживает атом вместе, мы называем «зарядом» – и нас интересует К, у которого нет заряда. Инопланетяне будут знать, что у этого К⁰ есть две формы: короткоживущая и относительно долгоживущая. Мы сосредоточим внимание на последней.

А теперь подходим к самой важной части. В нашем материальном мире (мире, где основной является материя), при распаде долгоживущего К на пион и электрон или позитрон более вероятен вариант с позитроном. Так что мы должны спросить у инопланетян: а легкая частица, которая получается чаще всего во время этих распадов, та же самая, которая встречается в ваших атомах или противоположная ей? Если инопланетяне ответят, что та же самая, то это позитрон и, соответственно, инопланетяне состоят из антиматерии, и мы можем на них смотреть, но не прикасаться к ним. Если инопланетяне ответят, что противоположная, электрон, то это значит, что они, как и мы, состоят из материи, и можно спокойно приземляться.

Тайна отсутствующей антиматерии

Антиматерия лежит в центре одной из самых больших тайн: почему ее так мало во Вселенной? По мнению большинства ученых, в результате Большого взрыва 14 миллиардов лет тому назад материя и антиматерия появились в одинаковом количестве и были идеально уравновешены. Это превращение энергии излучения в частицу и античастицу не является путешествием в один конец. Если в дальнейшем эти противоположности вступают в контакт, то они взаимно уничтожают друг друга, энергия, которая до этого была поймана в ловушку внутри них, высвобождается в виде гамма-лучей. В котле новорожденной Вселенной такие столкновения были очень широко распространены, и новорожденный материал жил недолго. Если в первое мгновение материя и антиматерия вышли из Большого взрыва в одинаковом количестве, то мгновение спустя они должны были уничтожить друг друга.

Исчезновение антиматерии – это пока неразгаданная тайна, но еще важнее кажется другой вопрос: а почему осталась материя? Возможно, дело в некотором их различии, в том, что они не являются идеальными зеркальными образами друг друга.

Мы уже знаем про мелкие различия в мире странных частиц, но базовые электроны, протоны и нейтроны кажутся идеально соответствующими своим аналогам-античастицам. Если различие и есть, мы не можем его измерить. Все в них кажется таким, как предсказывал Дирак: частицы обычной материи и их античастицы являются идеальными двойниками, или аналогами.

Хотя атомы антиводорода являются пока наиболее изученными кластерами антиматерии, теория и опыт подразумевают, что все атомные элементы могут существовать в «анти» форме. В периодической таблице перечислены атомные элементы, которые состоят из электронов, окружающих ядра, содержащие протоны и нейтроны. В антипериодической таблице будут антиэлементы с множеством позитронов, окружающих антиядра, содержащие антипротоны и антинейтроны. Правила квантовой механики, которые объясняют стабильность атомов материи, подразумевают ту же самую стабильность для атомов антиматерии. Знаки электрических зарядов меняются на противоположные, но законы притяжения противоположных зарядов и отталкивания одинаковых зарядов остаются теми же.